LED-ljusstyrka

I vissa fall, till exempel i ficklampor eller husarmaturer, blir det nödvändigt att justera glödets ljusstyrka. Det verkar som om det är lättare: bara byta ström genom LED, öka eller minska motståndsbegränsande motstånd. Men i detta fall kommer en betydande del av energin att spenderas på det begränsande motståndet, vilket är helt oacceptabelt när autonom drivs av batterier eller ackumulatorer.

Dessutom kommer lysdiodernas färg att förändras: till exempel, vit när strömmen är lägre än den nominella (för de flesta lysdioder 20 mA) har en något grönaktig nyans. En sådan färgförändring är i vissa fall helt värdelös. Föreställ dig att dessa lysdioder lyser upp skärmen på en TV eller datorskärm.

Principen för PWM - reglering

I dessa fall ska du ansöka PWM - reglering (pulsbredd). Dess betydelse är det Ijusemitterande diod periodisk tänds och slocknar. I detta fall förblir strömmen nominell under hela blixtiden, därför är luminescensspektrumet inte förvrängd. Om lysdioden är vit visas gröna nyanser inte.

Dessutom är energiförlusterna minimala med denna metod för effektkontroll, effektiviteten hos PWM-styrda kretsar är mycket hög och når över 90 procent.

Principen för PWM-kontroll är ganska enkel och visas i figur 1. Ett annat förhållande mellan tiden för det upplysta och släckta tillståndet i ögat uppfattas som olika ljusstyrka: som i en film - separat visade växelvis visas ramar som en rörlig bild. Det beror på projektorns frekvens, som kommer att diskuteras lite senare.

Figur 1. Principen för PWM-reglering

Figuren visar signaldiagrammen vid utgången från PWM-styrenheten (eller en masteroscillator). Noll och en indikeras med logiska nivåer: logisk enhet (hög nivå) får lysdioden att lysa, logisk noll (låg nivå), utrotning.

Även om allt kan vara tvärtom, eftersom allt beror på utgångsknappens kretsar, kan lysdioden slås på och stängs av, bara hög. I detta fall har den fysiskt logiska enheten en låg spänningsnivå och den logiska nollan blir hög.

Med andra ord, en logisk enhet orsakar införandet av någon händelse eller process (i vårt fall, LED blinkar), och en logisk noll bör inaktivera denna process. Det vill säga, inte alltid är en hög nivå vid utgången från en digital mikrokrets en LOGIC-enhet, allt beror på hur en viss krets är byggd. Detta är för information. Men för närvarande antar vi att nyckeln styrs av en hög nivå och att det helt enkelt inte kan vara något annat.

Frekvens och bredd på styrpulser

Det bör noteras att pulsrepetitionsperioden (eller frekvensen) förblir oförändrad. Men i allmänhet påverkar pulsfrekvensen inte glödets ljusstyrka, därför finns det inga speciella krav för frekvensens stabilitet. Endast varaktigheten (WIDTH), i detta fall, för en positiv puls förändras, varför hela mekanismen för pulsbreddmodulering fungerar.

Varaktigheten för kontrollpulserna i figur 1 uttrycks i%%. Detta är den så kallade "fyllfaktorn" eller, i engelska terminologin, DUTY CYCLE. Det uttrycks som förhållandet mellan varaktigheten av kontrollpulsen och pulsrepetitionsperioden.

I ryska terminologi används vanligtvis "Duty cykel" - förhållandet mellan perioden och tidspulsena. Således, om fyllfaktorn är 50%, kommer arbetscykeln att vara 2.Det finns ingen grundläggande skillnad här, därför kan du använda något av dessa värden, till vilka det är mer bekvämt och förståeligt.

Här kan man naturligtvis ge formler för att beräkna arbetscykeln och DUTY CYCLE, men för att inte komplicera presentationen kommer vi att göra utan formler. I extrema fall Ohms lag. Det finns inget att göra: "Du känner inte till Ohms lag, stanna hemma!" Om någon är intresserad av dessa formler, kan de alltid hittas på Internet.

PWM-frekvens för dimmer

Som nämnts ovan finns det inga speciella krav för stabiliteten i PWM-pulsfrekvensen: ja, den "flyter" lite, och det är okej. En sådan frekvensinstabilitet är förresten ganska stor, har PWM-styrenheter baserat på den integrerade timer NE555som inte stör deras användning i många mönster. I detta fall är det bara viktigt att denna frekvens inte faller under ett visst värde.

Och vad ska vara frekvensen och hur instabil kan den vara? Glöm inte att vi pratar om dimmare. Inom filmteknologi finns termen "kritisk flimmerfrekvens". Detta är den frekvens vid vilken enskilda bilder som visas efter varandra uppfattas som en rörlig bild. För det mänskliga ögat är denna frekvens 48Hz.

Det är av denna anledning att fotograferingsfrekvensen på film var 24 bilder / sek (tv-standarden 25 bilder / sek). För att öka denna frekvens till kritisk, använder filmprojektorer en tvåbladig slutare (slutare) som två gånger överlappar varje visad ram.

I amatörs smalfilms 8mm-projektorer var projektionsfrekvensen 16 bilder / sek, så att slutaren hade så många som tre blad. Samma syfte i TV tjänas av det faktum att bilden visas i halva bildrutor: först jämnt och sedan udda linjer i bilden. Resultatet är en flimmerfrekvens på 50Hz.

LED-funktionen i PWM-läge är en separat blixt av justerbar varaktighet. För att dessa blixtar ska uppfattas av ögat som en kontinuerlig glöd måste deras frekvens vara inte mindre än kritisk. Så många du vill, men inte på något sätt nedan. Denna faktor bör beaktas när du skapar PWM - regulatorer för fixturer.

Förresten, precis som ett intressant faktum: forskarna bestämde på något sätt att den kritiska frekvensen för bi ögat är 800Hz. Därför ser biet filmen på skärmen som en sekvens av enskilda bilder. För att hon ska kunna se en rörlig bild måste projektionsfrekvensen ökas till åtta hundra halva bilder per sekund!

Funktionsdiagram över en PWM-styrenhet

För att styra den faktiska lysdioden används transistor nyckelstadiet. Nyligen den mest använda för detta ändamål transistorer mosfet, så att du kan pendla på betydande kraft (användningen av konventionella bipolära transistorer för dessa ändamål anses helt enkelt otillbörlig).

Ett sådant behov (en kraftfull MOSFET-transistor) uppstår med ett stort antal lysdioder, till exempel med med LED-remsa, som kommer att diskuteras senare. Om strömmen är låg - när du använder en - två lysdioder kan du använda knapparna på låg effekt bipolära transistorer, och om möjligt ansluta lysdioderna direkt till mikrokretsens utgångar.

Figur 2 visar funktionsschemat för PWM-styrenheten. Som ett styrelement visas motståndet R2 konventionellt i diagrammet. Genom att rotera handtaget är det möjligt att ändra styrpulsernas driftscykel inom de erforderliga gränserna, och följaktligen lysdiodernas ljusstyrka.

Bild 2. Funktionsdiagram över en PWM-styrenhet

Figuren visar tre kedjor med seriekopplade lysdioder med begränsande motstånd. Ungefär samma anslutning används i LED-remsor. Ju längre bandet är, desto fler lysdioder, desto större strömförbrukning.

Det är i dessa fall så kraftfullt regulatorer på transistorer MOSFETvars tillåtna dräneringsström bör vara något större än den ström som konsumeras av tejpen. Det senare kravet uppfylls ganska enkelt: till exempel har IRL2505-transistorn en dräneringsström på cirka 100A, en dräneringsspänning på 55V, medan dess storlek och pris är tillräckligt attraktiva för användning i olika utföranden.

PWM-masteroscillatorer

En mikrokontroller (oftast i industriella förhållanden), eller en krets tillverkad på mikrokretsar med en liten grad av integration, kan användas som PWM-masteroscillator. Om det hemma är tänkt att producera en liten mängd PWM-regulatorer, men det inte finns någon erfarenhet av att skapa mikrokontrollenheter, är det bättre att skapa en regulator på det som nu är till hands.

Detta kan vara en logisk chipserie K561, en integrerad timer NE555samt specialiserade mikrochips designade för växlar strömförsörjning. I den här rollen kan du till och med göra arbete driftsförstärkareefter att ha monterat en justerbar generator på den, men detta är kanske "av kärlek till konst". Därför kommer endast två scheman att beaktas nedan: det vanligaste på 555-timern och på UC3843 UPS-kontrollen.

Schema för masteroscillatorn på timern 555

Bild 3. Schema för masteroscillatorn

Denna krets är en vanlig kvadratvåggenerator vars frekvens ställs in av kondensatorn Cl. Kondensatorn laddas via kretsen "Utgång - R2 - RP1-C1 - gemensam tråd". I detta fall måste utgången ha en högspänning, vilket motsvarar det faktum att utgången är ansluten till pluspolen för kraftkällan.

Kondensatorn urladdas genom kretsen "C1 - VD2 - R2 - Utgång - gemensam tråd" vid en tidpunkt då utgången är lågspänning, - utgången är ansluten till en gemensam tråd. Denna skillnad i laddningens vägar - urladdning av tidsinställningskondensatorn - ger pulser med en justerbar bredd.

Det bör noteras att dioder, även av samma typ, har olika parametrar. I detta fall spelar deras elektriska kapacitet en roll, som förändras under påverkan av spänning på dioderna. Därför ändras dess frekvens tillsammans med en förändring i utsignalens driftscykel.

Det viktigaste är att det inte blir mindre än den kritiska frekvensen, som nämnts precis ovan. Annars, i stället för en enhetlig glöd med olika ljusstyrka, kommer individuella blixtar att synas.

Ungefär (återigen är dioderna att klandra), kan generatorns frekvens bestämmas med formeln som visas nedan.

Frekvensen för PWM-generatorn på timern 555.

Om vi ​​ersätter kondensatorens kapacitans i farader i formeln, motståndet i Ohms, bör resultatet bli i Hz Hz: du kan inte komma någonstans från SI-systemet! Det är underförstått att den variabla motståndets RP1-motor är i mittpositionen (i formeln RP1 / 2), vilket motsvarar utsignalen från slingringsformen. I figur 2 är detta exakt den del där pulslängden på 50% indikeras, vilket motsvarar en signal med en arbetscykel på 2.

PWM-masteroscillator på UC3843-chip

Dess krets visas i figur 4.

Figur 4. Schema för PWM-huvudoscillatorn på UC3843-chipet

UC3843-chipet är en PWM-styrenhet för att byta strömförsörjning och används till exempel i ATX-format datorkällor. I detta fall förändras det typiska schemat för dess inkludering något i riktning mot förenkling. För att kontrollera bredden på utgångspulsen matas en reglerande spänning med positiv polaritet till kretsens ingång, sedan matas en pulsbreddmodulerad PWM-signal.

I det enklaste fallet kan regulatorisk spänning appliceras med ett variabelt motstånd med ett motstånd på 22 ... 100K. Vid behov kan styrspänningen erhållas, till exempel från en analog ljusgivare gjord på en fotoresistor: ju mörkare fönster, desto ljusare rum.

Styrspänningen verkar på PWM-utgången, så att när den minskar ökar utgångspulsens bredd, vilket inte alls är överraskande.När allt kommer omkring är det ursprungliga syftet med UC3843-chipet att stabilisera spänningen i strömförsörjningen: om utgångsspänningen sjunker, och med det regleringsspänningen, måste du vidta åtgärder (öka bredden på utgångspulsen) för att öka utspänningen något.

Reglering av spänning i strömförsörjningen genereras som regel med hjälp av zenerdioder. Oftast är det TL431 eller liknande.

Med värdena på de delar som anges på diagrammet är generatorns frekvens cirka 1 KHz, och till skillnad från generatorn på 555-timern "flyter" den inte när utgångssignalens driftscykel förändras - oro över konstansen hos frekvensen för växelströmförsörjning.

För att reglera betydande effekt, till exempel en LED-remsa, bör nyckelsteget på MOSFET-transistorn anslutas till utgången, som visas i figur 2.

Det skulle vara möjligt att prata mer om PWM-regulatorer, men för nu låt oss stanna vid detta, och i nästa artikel kommer vi att överväga olika sätt att ansluta lysdioder. När allt kommer omkring är inte alla metoder lika bra, det finns sådana som bör undvikas, och det finns tillräckligt med fel vid anslutning av lysdioder.

Fortsättning av artikeln:Bra och dåliga LED-kopplingsmönster

Boris Aladyshkin